Xem thêm các sách tham khảo liên quan:
Giải Bài Tập Vật Lí 10 – Bài 32 : Nội năng và sự biến thiên nội năng giúp HS giải bài tập, nâng cao khả năng tư duy trừu tượng, khái quát, cũng như định lượng trong việc hình thành các khái niệm và định luật vật lí:
C1 [trang 170 sgk Vật Lý 10]: Hãy chứng tỏ nội năng của một vật phụ thuộc vào nhệt độ và thể tích của vật: U = f[T, V]
Trả lời:
Ta có: Nội năng = Động năng của các phân tử + thế năng phân tử
Mà động năng thì phụ thuộc nhiệt độ [t tăng ⇔ v tăng ⇔ Wđ tăng…];
còn thế năng phân tử phụ thuộc thể tích [ V thay đổi => khoảng cách phân tử thay đổi => thế năng tương tác phân tử thay đổi ].
Vì vậy nội năng của một vật phụ thuộc nhiệt độ và thể tích của vật.
C2 [trang 170 sgk Vật Lý 10]: Hãy chứng tỏ nội năng của một lượng khí lí tưởng chỉ phụ thuộc nhiệt độ.
Trả lời:
Vì đối với khi lí tưởng, sự tương tác giữa các phân tử là không đáng kể, có thể bỏ qua nên chất khí lí tưởng không có thế năng, chỉ có động năng. Do đó nội năng khí lí tưởng chỉ phụ thuộc nhiệt độ.
C3 [trang 172 sgk Vật Lý 10]: Hãy so sánh sự thực hiện công và sự truyền nhiệt; công và nhiệt lượng.
Trả lời:
+ So sánh sự thực hiện công và sự truyền nhiệt:
Giống: Đều làm cho nội năng thay đổi
Khác: Trong quá trình thực hiện công, có sự chuyển hóa từ một dạng năng lượng khác [ví dụ cơ năng] sang nội năng. Trong khi quá trình truyền nhiệt không có sự chuyển hóa năng lượng từ dạng này sang dạng khác, chỉ có sự truyền nội năng từ vật này sang vật khác.
+ So sánh công và nhiệt lượng:
Công là phần năng lượng truyền từ vật này sang vật khác trong quá trình thực hiện công, còn nhiệt lượng là phần nội năng truyền từ vật này sang vật khác trong quá trình truyền nhiệt.
C4 [trang 172 sgk Vật Lý 10]: Hãy mô tả và nêu tên các hình thức truyền nhiệt trong các hiện tượng vẽ ở Hình 32.3
Trả lời:
Hình a: Hình thức truyền nhiệt chủ yếu là dẫn nhiệt: Nhiệt lượng truyền trực tiếp từ than hồng sang thanh sắt.
Hình b: Hình thức truyền nhiệt chủ yếu là bức xạ nhiệt: Mặt Trời truyền nhiệt cho Trái Đất nhờ phát ra các tia bức xạ.
Hình c : Hình thức truyền nhiệt là dẫn nhiệt và đối lưu: Đèn cồn truyền nhiệt cho bình nước nhờ sự lưu chuyển của không khí nóng.
Lời giải:
Trong nhiệt động lực học, người ta gọi tổng động năng và thế năng của các phân tử cấu tạo nên vật là nội năng của vật.
Lời giải:
Không , vì nội năng của khí lí tưởng không bao gồm thế năng tương tác phân tử, nên không phụ thuộc vào khoảng cách giữa các phân tử – tức không phụ thuộc vào thể tích khí.
Lời giải:
Số đo độ biến thiên nội năng trong quá trình truyền nhiệt là nhiệt lượng: Q = ΔU
[đơn vị của Q và ΔU là Jun]
Công thức tính nhiệt lượng vật thu vào hay tỏa ra khi nhiệt độ của vật thay đổi:
Q = m.c.Δt; Trong đó c là nhiệt dung riêng [J/kg.K], Δt là độ tăng hoặc giảm của nhiệt độ [ºC hoặc K], m là khối lượng của vật [kg].
A. tổng động năng và thế năng của vật
B. tổng động năng và thế năng của các phân tử cấu tạo nên vật
C. tổng nhiệt lượng và cơ năng mà vật nhận được trong quá trình truyền nhiệt và thực hiện công.
D. nhiệt lượng vật nhận được trong quá trình truyền nhiệt.
Lời giải:
Chọn B.
A. Nội năng là một dạng năng lượng
B. Nội năng có thể chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác
C. Nội năng là nhiệt lượng
D. Nội năng của một vật có thể tăng lên, giảm đi
Lời giải:
Chọn C. Số đo độ biến thiên của nội năng trong quá trình truyền nhiệt là nhiệt lượng.
A. Nhiệt lượng là số đo độ tăng nội năng của vật trong quá trình truyền nhiệt
B. Một vật lúc nào cũng có nội năng, do đó lúc nào cũng có nhiệt lượng
C. Đơn vị của nhiệt lượng cũng là đơn vị của nội năng
D. Nhiệt lượng không phải là nội năng.
Lời giải:
Chọn B.
Bỏ qua sự truyền nhiệt ra môi trường bên ngoài. Nhiệt dung riêng của nhôm là 0,92.103 J/[kg.K]; của nước là 4,18.103J[kg.K]; của sắt là 0,46. 103 J[kg.K].
Lời giải:
Gọi t là nhiệt độ cân bằng của hệ.
Nhiệt lượng mà nước thu vào cho đến khi cân bằng nhiệt:
Q1 = m1.c1. Δt1
Nhiệt lượng mà bình nhôm thu vào cho đến khi cân bằng nhiệt:
Q2 = m2.c2.Δt2
Nhiệt lượng miếng sắt tỏa ra cho đến khi cân bằng nhiệt:
Q3 = m3.c3.Δt3
Tổng nhiệt lượng thu vào bằng nhiệt lượng tỏa ra: Q1 + Q2 = Q3
↔ [m1.c1 + m2.c2]Δt1 = m3.c3.Δt3
Thay số ta được:
[0,118.4,18.103 + 0,5.896].[t – 20] = 0,2.0,46.103 .[75 – t]
↔ 941,24.[t – 20] = 92.[75 – t] ↔ 1033,24.t = 25724,8
⇒ t = 24,9ºC.
Vậy nhiệt độ cân bằng trong bình là t ≈ 24,9ºC
Bỏ qua sự truyền nhiệt ra môi trường bên ngoài. Nhiệt dung riêng của đồng thau là 0,128.103 J/[kg.K].
Lời giải:
Nhiệt lượng mà nước thu vào cho đến khi cân bằng nhiệt:
Q1 = m1.c1. Δt1
Nhiệt lượng mà bình nhiệt lượng kế đồng thu vào cho đến khi cân bằng nhiệt:
Q2 = m2.c2.Δt2
Nhiệt lượng miếng kim loại tỏa ra cho đến khi cân bằng nhiệt:
Q3 = m3.c3.Δt3
Tổng nhiệt lượng thu vào bằng nhiệt lượng tỏa ra: Q1 + Q2 = Q3
↔ [m1.c1 + m2.c2].Δt1 = m3.c3.Δt3
Thay số ta được: [lấy cnước = c1 = 4,18.103 J/[kg.K] ]
[0,21.4,18.103 + 0,128.0,128.103].[21,5 – 8,4] = 0,192.c3.[100 – 21,5]
→ c3 = 0,78.103 J/[kg.K]
Vậy nhiệt dung riêng của chất làm miếng kim loại là 0,78.103 J/[kg.K]
I - NỘI NĂNG
1. Định nghĩa
Nội năng của vật là tổng động năng và thế năng của các phân tử cấu tạo nên vật.
- Kí hiệu của nội năng: U
- Đơn vị: Jun [J]
Nội năng của một vật phụ thuộc vào nhiệt độ và thể tích của vật: \[U = f[T,V]\]
2. Sự biến thiên nội năng
Biến thiên nội năng là quá trình thay đổi nội năng của vật.
Độ biến thiên nội năng \[\Delta U\]: là phần nội năng tăng thêm hay giảm bớt đi trong một quá trình.
II - CÁC CÁCH LÀM THAY ĐỔI NỘI NĂNG
1. Thay đổi nội năng bằng cách thực hiện công
Trong quá trình thực hiện công có sự chuyển hóa từ một dạng năng lượng khác sang nội năng.
Ví dụ: cọ xát miếng kim loại trên mặt bàn [cơ năng \[ \to \] nội năng]
2. Thay đổi nội năng bằng cách truyền nhiệt
- Quá trình truyền nhiệt: là quá trình làm thay đổi nội năng không có sự thực hiện công [chỉ có sự truyền nội năng từ vật này sang vật khác]
- Nhiệt lượng: là số đo độ biến thiên nội năng trong quá trình truyền nhiệt
\[\Delta U = Q\]
Biểu thức tính nhiệt lượng:
Đối với chất rắn và chất lỏng, nhiệt lượng tỏa ra hay thu vào được xác định bởi biểu thức:
Trong đó:
+ \[Q\]: nhiệt lượng tỏa ra hay thu vào [J]
+ \[m\]: khối lượng [kg]
+ \[c\]: nhiệt dung riêng của chất [J/kg.K]
+ \[\Delta T\]: độ biến thiên nhiệt độ [K]
Sơ đồ tư duy về nội năng và sự biến thiên nội năng
- Luyện 100 đề thi thử 2021. Đăng ký ngay!
Bài viết Công thức tính độ biến thiên nội năng hay, chi tiết Vật Lí lớp 10 hay nhất gồm 4 phần: Định nghĩa, Công thức, Kiến thức mở rộng và Bài tập minh họa áp dụng công thức trong bài có lời giải chi tiết giúp học sinh dễ học, dễ nhớ Công thức tính độ biến thiên nội năng hay, chi tiết.
1. Khái niệm
- Trong nhệt động lực học, nội năng của một vật là tổng động năng và thế năng của các phân tử cấu tạo nên vật. Nội năng của một vật phụ thuộc vào nhiệt độ và thể tích của vật: U = f[T, V].
- Trong nhiệt động lực học người ta không quan tâm đến nội năng của vật mà quan tâm đến độ biến thiên nội năng ∆U [phần nội năng tăng thêm lên hay giảm bớt đi trong một quá trình] của vật. Ta có thể làm thay đổi độ biến thiên nội năng bằng các quá trình thực hiện công, truyền nhiệt.
2. Công thức
Nguyên lí I nhiệt động lực học: Độ biến thiên nội năng của một vật bằng tổng công và nhiệt lượng mà vật nhận được.
∆U = A + Q
Quy ước dấu:
∆U > 0: nội năng tăng; ∆U < 0: nội năng giảm
A > 0: hệ nhận công; A < 0: hệ thực hiện công
Q > 0: hệ nhận nhiệt; Q < 0: hệ truyền nhiệt
3. Kiến thức mở rộng
- Hai cách làm thay đổi nội năng:
+ Thực hiện công:Trong quá trình thực hiện công có sự chuyển hóa từ một dạng năng lượng khác [ví dụ: cơ năng] sang nội năng.
∆U = A [A > 0: Vật nhận công]
Cọ sát một vật vào tấm gỗ, ma sát làm vật nóng lên, quá trình thực hiện công này có sự chuyển hóa cơ năng sang nội năng
+ Truyền nhiệt: Trong quá trình truyền nhiệt không có sự chuyển hóa năng lượng từ dạng này sang dạng khác, chỉ có sự truyền nội năng từ vật này sang vật khác. Số đo độ biến thiên nội năng trong quá trình truyền nhiệt là nhiệt lượng.
∆U = Q = mc.∆t
Trong đó:
+ Q là nhiệt lượng thu vào hay tỏa ra [J]
Q > 0: Vật nhận nhiệt lượng [thu]
Q < 0: Vật truyền nhiệt lượng [tỏa]
+ m là khối lượng chất [kg]
+ c là nhiệt dung riêng của chất [J/kg.K]
+ ∆t là độ biến thiên nhiệt độ [oC hoặc K]
Bỏ đá vào cốc nước, nội năng của nước truyền cho đá làm đá tan.
Chú ý:
Nguyên lí II nhiệt động lực học: Nhiệt không thể truyền từ một vật sang vật nóng hơn.
4. Ví dụ minh họa
Bài 1: Người ta thực hiện công 200 J để nén khí trong một xilanh. Tính độ biến thiên nội năng của khí? Biết khí truyền ra môi trường xung quanh nhiệt lượng 40 J.
Lời giải
Hệ khí nhận công => A = 200J
Khí truyền ra môi trường xung quanh nhiệt lượng 40 J => Q = - 40J
Theo nguyên lí I nhiệt động lực học, ta có:
ΔU = A + Q = 200 – 40 = 160 J.
Bài 2: Một bình kín chứa 2g khí lí tưởng ở 20°C được đun nóng đẳng tích để áp suất khí tăng lên 2 lần.
a. Tính nhiệt độ của khí sau khi đun?
b. Tính độ biến thiên nội năng của khối khí? Cho biết nhiệt dung riêng đẳng tích khí là 12,3.103 J/kg.K.
Lời giải
a.
Trạng thái 1: [p1; T1 = 20 + 273 = 293 K]
Trạng thái 2: [p2 = 2p1; T2]
Áp dụng phương trình đẳng tích, ta được:
b. Ta có: t1 = 20 0C
Theo nguyên lí I nhiệt động lực học, ta có: ΔU = A + Q.
Vì đây là quá trình đẳng tích nên:
Xem thêm các Công thức Vật Lí lớp 10 quan trọng hay khác:
Giới thiệu kênh Youtube VietJack